[논문]철계 구동부품 온간 정밀단조기술

이영선; 정기호; 손동민

[국내논문] 철계 구동부품 온간 정밀단조기술
Warm Precision Forging Technology of Ferrous Driven Part 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.26 no.6, 2017년, pp.378 - 386

이영선 (한국기계연구원 부설 재료연구소 실용화연구단) , 정기호 (한국생산기술연구원 성형기술그룹) , 손동민 (세아창원특수강 제품연구2그룹)

초록이 없습니다.

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본고에서는 이러한 기술적 동향소개와 함께 관련 산업체에서 증가하고 있는 온간단조 공정 적용에 필요한 사항들을 개발 사례 중심으로 소개하고자 한다. 주로 자동차부품 가운데 철계 구동부품을 위주로 단조소재는 탄소강과 합금강에 대한 필요사항을 금형강에 대해서는 전통적으로 수입에 의존하고 있는 온간단조금형과 현재 국내에서 개발되어 활용이 시작된 국산 금형강에 대해 그 현황을 소개하고자한다.
본고에서는 이러한 기술적 동향소개와 함께 관련 산업체에서 증가하고 있는 온간단조 공정 적용에 필요한 사항들을 개발 사례 중심으로 소개하고자 한다. 주로 자동차부품 가운데 철계 구동부품을 위주로 단조소재는 탄소강과 합금강에 대한 필요사항을 금형강에 대해서는 전통적으로 수입에 의존하고 있는 온간단조금형과 현재 국내에서 개발되어 활용이 시작된 국산 금형강에 대해 그 현황을 소개하고자한다.
이에 본고에서는 온간단조의 기본사항에 대한 점검과 주요핵심기술(조직제어, 금형수명)에 대한 개발 사례를 통해 온간단조기술을 활용하고자 할 때 고려해야 하는 인자들과 추진전략에 대해 소개하고자 하였다. 또한 국내의 기반기술이 성숙되면서 단조회사는 물론 소재회사의 적극적인 협조로 인해 전반 적인 기반기술의 향상이 가능함을 확인할 수 있었다.

제안 방법

6(b)에 나타나 있는데 사용된 원소재(SCM420H)의 페라이트+펄라이트 조직이 단조로 인해 압착된 조직을 나타내고 있다. 변형율과 단조온도는 단조품의 미세조직에 많은 영향을 미침으로 상용해석 프로그램인 ForgeNX^TM을 이용하여 단조공정과 단조 후 미세조직을 예측하였다. 온간단조 효과를 제시하기 위해 열간단조(단조온도 1,100℃)와 온간단조(단조온도 800℃)의 경우를 상대 비교하였다.
변형율과 단조온도는 단조품의 미세조직에 많은 영향을 미침으로 상용해석 프로그램인 ForgeNX^TM을 이용하여 단조공정과 단조 후 미세조직을 예측하였다. 온간단조 효과를 제시하기 위해 열간단조(단조온도 1,100℃)와 온간단조(단조온도 800℃)의 경우를 상대 비교하였다. Fig.
해석에 사용된 소재 압축 변형저항은 글리블(Gleeble)시험기를 이용하여 5개 온도조건(700℃, 800℃, 900℃, 1,000℃, 1,100℃)에서 5가지 변형율속도 조건(10/s, 1/s, 0.1/s, 0.01/s, 0.001/s)에서 측정한 후 데이터 분석 후 Hansel Spittel식으로 변환하여 사용하였으며 마찰계수는 전단마찰상수 0.15값을 이용하였다.
두번째, 자동차 부품으로 풀리(pulley)는 열간단조로 제조되고 있는 부품으로 원 소 재는 고탄소강(S45C)이 활용되고 있어 불균일 조직분포와 낮은 금형수명 등의 문제점을 해결하고자 온간단조 공정을 개발하였다. Fig.
결국, 적정 경도분포를 갖도록 템퍼링 온도를 조절하여 연구개발 대상인 트라이파트(tripod) 하우징 (housing)용 4공정 펀치를 제작하였다. 대상 단조품을 제조하는데 있어 적정 경도분포(HRC 54~56)를 갖도록 제작된 금형은 외산 소재와 동등이상(18,000타 이상)보다 우수한 마모특성을 나타내어 추가적인 수명 향상을 기대하고 있다.

이론/모형

또한 기계적 특성 제어 및 향상뿐만 아니라, 냉각속도 제어에 따른 미세조직 균질화는 품질 안정화 측면에서 요구되는 기술이다. 미세조직 제어를 위한 제어냉각 개념은 가속냉 각공정이 접목된 열가공제어공정(Thermo-Mechanical Controlled Process, TMCP) 기술에 적용되었다. 미세조직 제어를 통한 초고강도의 기계적 특성을 갖는 부품을 단조하기 위해 제어냉각 기술을 접목한 단조 기술인 오스포밍(Ausforming)이[10,11] 미국에서 개발되었으며, 이 기술은 단조와 냉각속도 제어를 통해 미세조직을 제어함으로써 원하고자 하는 임계성능을 향상시키는 기술이다.

성능/효과

첫째, 조직제어의 중요성은 온간단조 온도가 변태 온도 부근에 있다는 문제로 인해 발생된다. 일반적으로 정밀단조는 다단공정으로 이루어지기 때문에 단조품의 온도는 부위별로 서로 다른 분포를 나타내며 일부는 변태온도에서 극심한 소성변형을 겪게 됨으로써 조직 결함발생이 흔히 나타날 수 있다.
7은 열간과 온간단조의 경우 변형율과 온도 분포와 함께 결정립크기를 비교하였다. 해석에 사용된 초기 결정립크기는 약 14㎛(ASTM 9.4)으로서 온간단조품의 경우는 최소 1.11㎛까지 감소되는 경향을 나타내고 있는 반면 열간단조품의 경우는 결정립 감소와 성장이 함께 발생되어 4.51~93.39㎛까지 매우 불균일한 분포를 나타내고 있다.
추가적으로 진행된 Ball Joint Type Housing용 단조금형에서도 비교 대상 금형소재에 비해 10% 이상 수명 향상 효과를 확인할 수 있었다. Fig.
이에 본고에서는 온간단조의 기본사항에 대한 점검과 주요핵심기술(조직제어, 금형수명)에 대한 개발 사례를 통해 온간단조기술을 활용하고자 할 때 고려해야 하는 인자들과 추진전략에 대해 소개하고자 하였다. 또한 국내의 기반기술이 성숙되면서 단조회사는 물론 소재회사의 적극적인 협조로 인해 전반 적인 기반기술의 향상이 가능함을 확인할 수 있었다. 따라서, 단조회사들의 높아지는 온간단조 적용 의지는 소재회사들의 동기부여로 자동적으로 연결되어 향후 온간단조산업 육성에 활력이 될 것이다.

후속연구

또한 국내의 기반기술이 성숙되면서 단조회사는 물론 소재회사의 적극적인 협조로 인해 전반 적인 기반기술의 향상이 가능함을 확인할 수 있었다. 따라서, 단조회사들의 높아지는 온간단조 적용 의지는 소재회사들의 동기부여로 자동적으로 연결되어 향후 온간단조산업 육성에 활력이 될 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	최근 합금설계(microalloyed medium carbon steel)와 제어열처리를 통해 단조 후 열처리 (quenching & tempering) 공정을 생략하고자 하는 이유는?	최근에는 합금설계(microalloyed medium carbon steel)와 제어열처리를 통해 단조 후 열처리 (quenching & tempering) 공정을 생략하고자 하는 노력이 보고되고 있다. 결정립미세화제를 첨가하고 온간단조 영역에서 가공열처리 후 냉각온도를 제어함으로써 단조품의 후열처리 없이도 그 특성을 확보 하고자 하는 노력은 우수한 단조성과 가공성을 나타내고 있으나 충격인성에 아직은 개선이 필요한 상태이다[8]. 또한, 미세화제 가운데 Nb의 첨가여부에 따른 영향을 분석한 결과 Nb이 없을때는 연화 (softening)현상 발생과 함께 기계적 성질 저하현상이 발생됨을 발생원인 분석(동적재결정 발생 유무)에 대한 결과 함께 보고된 바 있다[9].
	온간단조 공정에서 가장 중요한 핵심기술 두가지는?	온간단조 공정에서 가장 중요한 핵심기술은 대표적으로 2가지(조직제어, 금형수명)를 강조할 수 있다. 초창기에 온간단조 공정을 적용하고자 할 때 문제점으로 작용한 것 또한 동일한 2가지 문제(조직, 금형)이었지만, 현재는 과거와는 다른 수준에 놓여 있다.
	온간단조공정의 장점은?	냉간과 열간의 중간온도(300 ~ 900℃)영역에서 가공하는 온간단조공정은 냉간단조와 열간단조의 단점을 극복할 수 있는 다양한 장점(에너지 경감, 인산염피막 불필요, 변형능 향상, 높은 치수정밀도 등)으로 인해 일부제품에는 오래전부터 사용되어 왔으나 냉/열간의 단점(낮은 금형수명, 고난이도 조직제어 등)을 극복하지 못하는 경우가 많아 많은 장점이 있음에도 불구하고 널리 이용되지는 못하고 있었다.

참고문헌 (11)

J. H. Kang, S. S. Kang, 2001, Die Life on Warm Forging, Proceeding of Korean Forging Symposium, pp. 326-339.
J. H. Kang, B. H. Ko, J. S. Jae, S. S. Kang, 2005, Lubrication and Cooling Characteristics of Warm Forging Lubricants, Trans. Mater. Process., Vol.14, No. 7, pp. 619-623.

원문보기 상세보기
J. H. Kang, B. H. Ko, J. S. Jae, S. S. Kang, 2006, Contact Heat Transfer Coefficient for Finite Element Analysis in Warm Forging Processes, Trans. Mater. Process., Vol.15, No.3, pp. 183-188.

원문보기 상세보기
D. J. Jeong, D. J. Kim, B. M. Kim, 2001, Evaluation of Friction Shear Factor by the Lubricating Methods in Warm Forging, Trans. Mater. Process., Vol.10, No. 4, pp. 319-328.
A. K. Padap, G. P. Chaudhari, V. Pancholi, S. K. Nath, 2010, Warm Multiaxial Forging of AISI1060, Mater. Des., Vol. 31, pp. 3816-3824.

상세보기
P. R. Spenda, D. Firrao, 2013, Thermomechanical Warm Forging of Ti-V, Ti-Nb, and Ti-B Microallyed Medium Carbon Steels, Mater. Sci. Eng., A, Vol. 560, pp. 208-215.

상세보기
P. Springer, U. Prahl, 2016, Characterisation of Mechanical Behavior of 18CrNiMo7-6 Steel with and without nb under Warm Forging Conditions through Processing Maps Analysis, J. Mater. Process. Technol., Vol. 237, pp. 216-234.

상세보기
C. Choi, A. Groseclose, T. Altan, 2012, Estimation of Plastic Deformation and Abrasive Wear in Warm Forging Dies, J. Mater. Process. Technol., Vol. 212, No. 8, pp. 1742-1752.

상세보기
E. Virtanen, C. J. Van Tyne, B. S. Levy, G. Brada, 2013, The Tempering Parameter for Evaluating Softening of Hot and Warm Forging Die Steels, J. Mater. Process. Technol., Vol. 213, No. 8, pp. 1364-1369.

상세보기
M. Kabirmohammadi, B. Avishan, S. Yazdani, 2016, Transformation Kinetics and Microstructural Features in Low-Temperature Bainite After Ausforming Process, Mater. Chem. Phys., Vol. 184, No. 1, pp. 306-317.

상세보기
H. Hu, H. S. Zurob, G. Xu, D. Embury, G. R. Purdy, 2015, New Insights to the Effects of Ausforming on the Bainitic Transformation, Mater. Sci. Eng., A, Vol. 626, pp. 34-40.

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증